Способ получения партеногенетических форм растений Советский патент 1991 года по МПК A01H1/04 

Изобретение относится к биотехнологии, а также к растениеводству и селекции сельскохозяйственных культур, в частности к применению химических веществ для экспериментального индуцирования апомик- тичного (партенргенетического) развития женских генеративных элементов In vivo, и может быть использовано в гетерозисной селекции растений для ускоренного получения гомозиготных линий и апомиктичных диплоидных форм растений, закрепляющих эффект гетерозиса в первом гибридном иоложении, а также в физиологии и генетике растений для изучения путей индукции и развития экспериментального апомиксиса, явлений оплодотворения и эмбриогенеза.

Известны химические вещества, применяемые в качестве индукторов партеногенеза у покрытосеменных растений. Одним из таких веществ является состав, состоящий из пролина и воды. Завязываемость семян по отношению к водному контролю при обработке составом смеси воды и пролина пось ю

VJ

о

4

вышалась в 30 раз, но всхожесть семян была ниже в четыре раза.

Однако, применение в качестве индуктора партеногенеза данного состава распространяется только на апомиктичные биотипы лапчатки серебристой из дикой флоры с достаточно высокой выраженностью естественного нередуцированного партеногенеза и не дает положительного эффекта даже у форм того же вида, не имеющих генетический предрасположенности к нередуцированному партеногенезу. Известно, что абсолютное большинство сельскохозяйственных культур не имеют регулярных форм с нередуцированным партеногенезом.

Известно также применение состава, состоящего из колхицина (0,2-0,4%) и дистиллированной воды (остальное) и обеспечивающего партеногенезиндуцирующий эффект у мягкой пшеницы. Причем, обрабатывают данным составом пыльцу того же вида в колосьях, срезанных на стадии одноядерной и двуядерной пыльцы, и производят опыление обработанной пыльцой цветков мягкой пшеницы, предварительно кастрированных. В качестве материнской формы при этом используют растения с рецессивным признаком неокрашенного ко- леоптиле, соответственно в качестве мужского растения - растения с доминат- ным признаком окрашенного колеоптиле. Идентификацию апомиктичных (партеноге- нетических) форм проводят в фазе проростков по окраске колеоптиле. Проростки с неокрашенным колеоптиле относят к апо- миктичным (партеногенетическим).

Недостатками применения указанного состава, обеспечивающего партеногезин- дуцирующий эффект у мягкой пшеницы, являются: ограничение использования только формами мягкой пшеницы с рецессивным признаком неокрашенного колеоптиле; необходимость проведения таких сложных операций как опыление; дороговизна препарата (стоимость 1 кг колхицина - 10000 руб), а также вредность действующего вещества колхицина как для растений, так и для оператора.

Известна обработка составом, состоящим из диметилсульфоксида (ДМСО 0,2- 1,0%) и дистиллированной воды (остальное), для индукции партеногенеза у черной смородины, томатов и огурцов.

Известно также применение состава: гидразид малеиновой кислоты (ГМК, 50-100 мг/л), дистиллированная вода (остальное), а с меньшим эффектом - состава: колхицин (0,1-0,4%), дистиллированная вода (остальное), для индукции партеногенеза у кукурузы.

Обработку указанным составом производят за 24 ч до опыления: обрабатывают

рыльца женского соцветия, после чего через 24 ч производят опыление обработанных рылец фертильной пыльцой кукурузы. Выход партеногенетических семян достигает 0,327%.

0 Недостатком данного технического решения является отбор только гаплоидных форм партеногенетических семян, так как наличие диплоидных партеногенетических семян замаскировано необходимым в дан5 ном техническом решении опылением материнской формы.

Наиболее близким к предлагаемому является использование состава, состоящего из гидраэида малеиновой кислоты (40 мг/л),

0 диметилсульфоксида (2 %) и дистиллированной воды (остальное).

По трем селекционным формам кукурузы положительный эффект индукции партеногенеза колеблется в пределах 0,19-0,46%

5 и составляет в среднем 0,28%:

Недостатком данного способа является сильная реактивность двух из трех компонентов состава: ГМК и ДМСО. Известно, что ГМК является веществом активного ингибитор0 ного действия на растительный организм, с особенно ярко выраженной антиауксино- вой реакцией и приводит к подавлению роста растений и прорастанию семян.В более высоких дозах ГМК используют в качестве

5 противозлакового гербицида. ДМСО из-за наличия сульфидной группировки обладает большой окислительно-восстановительной реакцией, изменяет конформацию белков, дестабилизирует вторичную структуру нук0 леидовых кислот.

Кроме того, спектр (набор) веществ, индуцирующих партеногенез у растений, чрез- вычайно узок и на настоящий момент неизвестно ни одно вещество, универсаль5 но обеспечивающее эффект индукции партеногенеза у растений. Кроме упомянутых выше известно еще лишь несколько таких веществ или составов и ни одно из них по эффективности действия в качестве парте0 ногенезиндуцирующего вещества не превосходит положительный эффект прототипа. Причем с достоверностью к пар- теногенезиндуцирующим веществам можно отнести еще только кинетин и

5 1-фенил-2,3-диметил-4-диметил-пиразолон 5. Всем известным способам в той или иной мере свойственны такие недостатки, как дороговизна индуктора партеногенеза; реактивность индукторов по отношению к объекту обработки; необходимость природной очистки индукторов при получении; вредность индуктора для оператора, производящего обработку.

Поэтому важно расширить спектр (набор) партеногенезиндуцирующих веществ или составов, в особенности тех из них, которые устраняют хотя бы часть из перечисленных выше.недостатков, не уступая при этом в положительном эффекте по индукции партеногенеза известным способам.

Цель изобретения - повышение выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки.

Способ состоит в том, что на растения воздействуют составом, содержащим растворитель и Действующее вещество, индуцирующее партеногенез, при этом в качестве действующего вещества используют твин (сорбиталь, или сорбитан-бис-/ полис ксиэтилен/-мо нал коноат). Лучшие результаты получают тогда, когда в качестве действующего вещества используют твин- 80 (сорбиталь 0) в концентрации 0,5-2,0 вес.%, а остальное по весу составляет растворитель - дистиллированная вода.

Химическое название группы твины (сорбитали) - полиоксиэтиленсорбитанмо- ноалконоаты. Структурная формула твинов следующая

неон /

RCOOCH CH CH(OC2H/t.)mOH 0 CH(OCaHlf)m,OH

сн2

Причем при R Ci7H33im+m1 20 -сорбиталь 0, или твин-80; при R Ci7H35im+m1 20 - сорбиталь С, или твин-60.

Возможно и иное значение радикала R, соответствующее любой из жирных кислот и любое из значений (m+m1) в вышеуказанном интервале. При этом эффект индукции партеногенеза будет иметь место, так как сохраняется основной физиологический характер действия всей группы веществ на растительную клетку.

Таким образом, ограничиваются составом, содержащим растворитель и действующие вещества, в котором в качестве действующего вещества используются химические соединения вышеуказанной структурной формулы при () и RCO - остаток - любой жирной кислоты, например лауроил, пальмитоил, стеароил, олеил и т.п. При этом твин является коммерческим названием указанной группы веществ, в то время как химическое название всей группы соединений - полиоксиэтилен- сорбитанмоноалконоаты.

Известные действующие вещества относятся к разряду вредных веществ: гидразид малеиновой кислоты ( г/кг) диметил- сульфоксид (ЛДзо 2,5-50 г/кг). Аллергеном

является 1-фенил-2,3-диметил-4-диметилпи- разолон и его структурные аналоги. Колхицин является кариокластическим и нервнопара- литическим ядом. Активным физиологическим веществом полуфункционального

0 действия, сильно сказывающимся на жизнедеятельности растительного организма, является кинетин.

В то же время известно, что твин (сорбитали) в качестве эмульгаторов находят

5 широкое применение в фармацевтической, косметической, пищевой промышленности, Очевидно, что если вещество используется в пищевой промышленности, то оно соответствует существующим стандартам без0 вредности и не токсичности.

Способ осуществляется следующим образом.

При воздействии на растения может быть использовано введение индуктора

5 партеногенеза в виде водных растворов в центральную ось соцветия (початка) при помощи шприца-дозатора комбинированного ШДК-5 или путем нанесения указанного состава смеси на 2-7 сут после начала

0 цветения. Обрабатываемые соцветия предварительно изолируют пергаментными изоляторами за 3-5 сут до начала цветения до (выметывания первых нитей рыльца), чтобы предотвратить возможность случайного

5 опыления завязей.

П р и м е р 1, Для проверки возможности использования настоящего способа для кукурузы готовят две смеси ингредиентов, указанных в табл. 1. Обработку осуществля0 ют в соответствии с последовательностью операции, приведенной выше.

Таким образом, выход партеногенетических семян при использовании предлагаемого способа дает значительный

5 положительный эффект.

П р и м е р 2. Для проверки возможности использования предлагаемого способа в пределах всего объема притязаний, т.е. у растений в целом, готовят 2 смеси ингреди0 ентов, указанных в табл. 2.

В качестве действующего вещества используют твин-80, в качестве объекта обработки - просо посевное сорта Саратов- ское-6.

5 Обработки кастрированных цветков изолированного соцветия производят путем нанесения указанного состава смеси в виде аэрозоля при помощи пульверизатора один раз в сутки, повторяя операцию в течение семи дней.

Таким образом, на примере двух объектов обработки, а именно, кукурузе и просе посевном отмечают успешное применение настоящего способа по сравнению с известными способами при наблюдаемом положительном эффекте - реализации цели изобретения. Это говорит об обоснованности объема притязаний по объекту обработки на все растения.

Кроме того, в примере 3 приводится материал по эффективности использования способа для индукции партеногенетических форм кукурузы гибрида Коллективный -147 при контроле на ранних этапах эмбрио- и эндоспермогенеза.

ПримерЗ. Было проведено цитоэмб- риологическое излучение материала кукурузы гибрида Коллективный -147 двух вариантов обработки (две смеси ингредиентов, указанных в табл. 3).

Таким образом, индукция партеногенеза и кукурузы гибрида Коллективный -147 при контроле на ранних этапах эмбрио- и эндоспермогенеза близка к D5, и превосходит результаты контроля по зрелым зерновкам почти в 70 раз, а результаты известного способа - более чем в 30 раз.

Результаты использования различных способов и индукции партеногенеза представлены в табл. 4, при этом показано действие различных концентраций твина-80,

П р и м е р 4. Для проверки возможности использования способа химической индукции партеногенеза у растений при использовании твина 60 (сорбиталя-С) в качестве действующего вещества готовят 3 смеси ингредиентов, указанных в табл. 5.

В качестве объекта обработки используют растения кукурузы сложного гибрида Коллективный -147.

По результатам экспериментальной проверки (табл. 5) выход партеногенетических семян при обработке заявленным составом в случае использования твина-60 (сорбиталя С) в качестве действующего вещества в пределах испытанных концентраций достигает 0,16% и превышает таковой в сравнении с аналогичным составом при 0%

действующего вещества в 27 раз (0,16 0,006).

Таким образом, из результатов экспериментальной проверки очевидна возможность использования для химической

индукции партеногенеза у растений. Формула изобретения

1.Способ получения партеногенетических форм растений, включающий воздействие на женскую генеративную сферу

растений индуктором партеногенеза, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки, в качестве индуктора используют вещество из группы

сорбиталей.

2.Способ по п. 1,отличающий с я тем, что в качестве вещества из группы сорбиталей используют сорбиталь 0 в концентрации 0,5-2%.

Изобретение относится к биотехнологии и растениеводству и касается применения химических веществ для индукции партеногенеза. Целью изобретения является повышение выхода партеногенетических форм при снижении токсичности обработки. Способ предусматривает воздействие на растение составом, в котором в качестве индуктора партеногенеза используют вещество из группы сорбиталей. 1 з.п.ф-лы, 5 табл.

Иллюстрация действия способа на растения кукурузы гомозиготной линии ЮВ-24ТС

Таблица 1

Иллюстрация действия способа на растения проса (сорт Саратовское-6)

Иллюстрация действия способа на растения кукурузы (гибрид Коллективный - 147)

Таблица 2

Та-б л и ц а 3

Таблица

Примечание, Обработке подвергнут один и тот же материал селекционной формы (гибрида) Коллективный-1 по всей выборке, включенной в табл.

Использование в качестве индуктора партеногенеза твина-60

Продолжение табл.4

Известный способ

Таблица 5